计算机组成原理 | 第六章 中央处理器 | 期末重点

一、CPU有哪些基本功能？

? ? ? ? 指令控制功能；操作控制功能；时间控制功能；数据加工功能；中断处理功能

二、控制器的任务是什么？控制器有哪些主要的组成部件？

? ? ? ? 控制器是计算机的控制中心，控制器的任务就是按照程序的安排，对其中的各条指令依次进行处理，直到程序结束。控制器主要有以下主要组成部件：

? ? ? ? 程序计数器PC，指令寄存器IR，指令译码器ID，操作控制器，时许产生器

三、为什么说控制器的主要工作是控制数据在数据通路上的正确传送？

? ? ? ? 将数据从一个寄存器传送到另一个寄存器；从一个寄存器传送到一个外部接口；从一个外部接口传送到一个寄存器。控制器所控制的大多数操作都是数据传送操作，而数据传送是通过内部或外部的数据通路进行的，因此，控制数据在数据通路上正确传送，是控制器的主要工作。

四、说明指令周期、机器周期和时钟周期的概念，这三者的关系是什么？

? ? ? ? 一条指令从取指令开始，到全部处理完为止的一段时间，称为这条指令的指令周期；机器周期是CPU进行一次存储器访问所需的时间；时钟周期是CPU内部定时的最基本时间单位。

? ? ? ? 一个指令周期包含若干个机器周期，而一个机器周期由若干个时钟周期组成。

五、说明微命令、微指令和微程序的概念及联系。为什么称微程序控制器为存储逻辑控制器？

? ? ? ? 微命令是用来控制相关的执行部件完成一个指令操作的操作信号。

? ? ? ? 同一个机器周期内所需发出的各个微命令编排成一个二进制序列，称为微指令。一条微指令包含了指令在一个机器周期内所需发出的全部微命令。

? ? ? ? 一条指令所对应的多条微指令构成的微指令序列，称为一段微程序。

? ? ? ? 由于微程序控制器依靠一个存储器来存储和提供操作信号，因此，微程序控制器也成为存储逻辑控制器。

六、什么是同时性并行处理和并发性并行处理？各采用什么技术实现?

? ? ? ? 同时性并行处理是指两个或多个事件在同一时刻开始处理；并发性并行处理是指两个或多个事件按一定的时间间隔依次开始处理，但是这些事件在处理时间上有部分重叠。

? ? ? ? 同时性并行处理的实现方法是，重复设置多套可以独立工作的硬件部件，同时在每套硬件部件上开始一个事件的处理过程，以此实现并行处理。

? ? ? ? 并发性并行处理的实现方法是，让多个事件的处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分，通过时间重叠的方式实现并行处理。

七、什么是指令流水线、功能部件级流水线和宏流水线？流水线有哪些重要特点？

? ? ? ? 流水线技术的基础，是将一个完整的处理过程分解为若干个子处理过程，每个子处理过程用一个独立的功能部件来完成。

? ? ? ? 将一些比较复杂的操作功能部件用流水线的方式来实现，就形成了功能部件级流水线；将两个或多个处理器通过存储器串联起来，每个处理器完成整个任务中的一部分，前一个处理器的输出结果存入存储器中，作为后一个处理器的输入，这样就形成了一条宏流水线。

? ? ? ? 流水线具有以下特点：

? ? ? ? 流水线要求把一个任务分解成几个有联系的子任务，每个子任务由一个专门的功能部件来完成；

? ? ? ? 流水线要求其中的各功能段的工作时间尽可能相等或接近；

? ? ? ? 流水线任意两个相邻的功能段之间都要设置缓冲寄存器，作为前后两个功能的缓冲；

? ? ? ? 流水线只有在执行连续不断的任务时，才能充分发挥其效率；

? ? ? ? 流水线存在装入时间和排空时间这两个低效率时间段。

八、什么是超流水线？它有什么特点？

? ? ? ? 一个时钟周期内能够流入或流出多条指令的单一指令流水线，称为超流水线。

? ? ? ? 超流水线把普通的标量指令流水线每个功能段进一步分解成若干个子功能段，使每个子功能段的工作时间小于一个时钟周期，从而使一个时钟周期内可以流入或流出多条指令。